《宇宙航行》万有引力与宇宙航行PPT课件
第一部分内容：必备知识·素养奠基
一、第一宇宙速度
【思考】如图,把物体水平抛出,如果速度足够大,物体就不再落到地面,它将绕地球运动,成为地球的人造卫星,是什么力使物体绕地球运动?
提示:地球与物体之间的万有引力。
(1)物体绕地球速度推导:物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动,万有引力提供物体运动所需的向心力,有_____=m ,由此解出:v=_____(m地为地球质量,r为物体做圆周运动的半径)。
(2)数值:已知地球的质量,近似用地球半径R代替r,算出v=_____=_________,这就是物体在地球附近做匀速圆周运动的速度,叫作第一宇宙速度。
二、第二宇宙速度
当飞行器的速度等于或大于__________时,它就会克服地球的引力,永远离开地球,我们把__________叫作第二宇宙速度。
三、第三宇宙速度
在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于__________,这个速度叫作第三宇宙速度。
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宇宙航行PPT，第二部分内容：关键能力·素养形成
一 第一宇宙速度的定性分析和定量计算
任务1 第一宇宙速度的定性分析
1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。
2.决定因素:由第一宇宙速度的计算式v= 可以看出,第一宇宙速度的值由中心天体决定,第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R,与卫星无关。
3.“最小发射速度”:如果发射速度低于第一宇宙速度,因为受到地球引力作用,发射出去的卫星就会再回到地球上,所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
4.“最大环绕速度”:在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中,近地卫星的轨道半径最小,由________可得________轨道半径越小,线速度越大,所以在这些卫星中,近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。
【思考·讨论】
在100～200 km高度飞行的地球卫星,能说在地面附近飞行吗?为什么?(科学思维)
提示:可以。因为100～200 km与地球半径6 400 km相比,可以忽略。
【典例示范1】(多选)关于第一宇宙速度,以下叙述正确的是( )
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度
C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是人造卫星发射时的最大速度
任务2 第一宇宙速度的定量计算方法
1.根据星球表面的重力加速度可计算它的第一宇宙速度,依据是mg=m 。
2.根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇宙速度,依据是
【素养训练】
1.(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度,则有( )
A.被发射的物体质量越大,第一宇宙速度越大
B.被发射的物体质量越小,第一宇宙速度越大
C.第一宇宙速度与被发射物体的质量无关
D.第一宇宙速度与地球的质量有关
2.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星的质量是地球的6倍,半径是地球的1.5倍,此行星的第一宇宙速度约为 ( )
A.16 km/s B.32 km/s
C.4 km/s D.2 km/s
二 人造地球卫星
任务1 人造地球卫星的轨道特点
1.卫星运动遵循的规律:卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,地心在椭圆的一个焦点上,卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。
2.卫星轨道的圆心:卫星绕地球沿圆轨道运动时,因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力,而万有引力指向地心,所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。
3.卫星的轨道:卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星),可以通过两极上空(极地轨道卫星),也可以和赤道平面成任一角度,如图所示。
【典例示范1】 如图所示,有关人造地球卫星轨道的正确说法有( )
A.a、b、c均可能是卫星轨道
B.卫星轨道只可能是a
C.a、b均可能是卫星轨道
D.b可能是同步卫星的轨道
【解析】选C。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动,圆心是地球的地心,所以凡是地球卫星,轨道面必定经过地球中心,所以a、b均可能是卫星轨道,c不可能是卫星轨道,故A、B错误,C正确;同步卫星的轨道必定在赤道平面内,所以b不可能是同步卫星的轨道,故D错误。
任务2 地球同步卫星
1.地球同步卫星:位于地球赤道上方,相对于地面静止不动,它的角速度跟地球的自转角速度相同,广泛应用于通信,又叫同步通信卫星。
2.地球同步卫星的特点:
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